无导叶对转涡轮高低压转子盘腔封严引气与流动换热研究

作     者：赵鸿琛 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：赵庆军

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：对转航空发动机 二次空气系统 对转元件 对转涡轮盘腔 流动和换热 

摘      要：获得对转航空发动机二次空气系统中的流动参数,对对转航空发动机二次空气系统结构设计优化和发动机轴向力计算具有重要意义。对转航空发动机二次空气系统中的涡轮对转盘腔内具有复杂的流动和换热现象,明确涡轮对转盘腔中的流动与换热特性可以为涡轮对转盘腔设计优化提供参考依据。已有的研究已经对常规发动机二次空气系统和涡轮转静盘腔中的流动换热规律做了大量的探讨,但对对转航空发动机二次空气系统的计算还欠缺对转元件双轮盘壁面旋转对气流输入功的考虑,对涡轮对转盘腔中流动和换热的讨论还不够细致。鉴于此,本文对无导叶对转航空发动机二次空气系统进行分析计算,对二次空气系统涡轮对转盘腔中的流动与换热特性进行详细的探讨。本文主要研究内容如下:1、利用流体网络法将无导叶对转航空发动机二次空气系统一维网络化,考虑对转元件双壁面旋转对通过元件处气流的输入功,通过求解二次空气系统非线性方程组,获得二次空气系统中气流的流动参数,与二维、三维数值计算结果对比验证一维计算结果的准确性。2、对涡轮对转盘腔计算域进行三维定常数值模拟,分析了主流压力对对转盘腔轮缘处流动的影响,发现若对转盘腔封严流量不足,高压动叶尾缘和低压动叶前缘高压区域发生主流入侵涡轮对转盘腔的流动。3、对转速比小于-1,封严流量充足的涡轮对转盘腔内的流动和换热进行分析,发现源区内高压轮盘表面的流动与换热由冷气进气惯性主导,源区外高压轮盘表面和低压轮盘表面的流动、换热由轮盘旋转主导;而涡轮对转盘腔轮缘位置处的流动与换热受主流周向压力非均匀性影响严重,主流周向压力分布直接影响到轮缘位置处的流动状态和轮缘壁面Nur径向分布。4、对转速比减小的对转盘腔内的流动与换热进行分析,发现当保持高压轮盘转速不变,随着低压盘转速的减小,低压轮盘壁面的Nur逐渐减小,低压轮缘壁面Nur逐渐增大;高压轮盘表面的流动与换热受低压盘转速改变的影响较小,高压轮缘表面流动受对转盘腔内流动的影响逐渐增强。